рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Образование
/
Вид работы: Конспекты
/
Чорні дірки.

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Чорні дірки.

Чорні дірки. - Конспект, раздел Образование, З дисципліни Астрофізика При ...

При навіть тиск виродженого нейтронного газу не здатний зупинити гравітаційне стискання зірки, й вона катастрофічно стискається до стану чорної дірки (ЧД) – об'єкта, у якого друга космічна швидкість сягає с. В таких сильних гравітаційних полях згідно з загальною теорією відносності (ЗТВ): та (7.40)

В сильних гравітаційних полях простір викривлений і не є евклідовим. В деяких окремих випадках ЗТВ дозволяє одержати розв'язання, що допускають інтерпретацію явищ за допомогою механіки Ньютона. Згідно з (7.40) не при , а при :

(7.41)

який називається гравітаційним радіусом. Сфера радіуса R називається сферою Шварцшильда. Зовнішнє поле тяжіння необертальної незарядженої ЧД сферично симетричне. Границя області, за яку світло не виходить, називається обрієм подій. Щільність тіла масою , втиснутого в сферу Шварцшильда:

Згідно з ЗТВ, таке тіло істотно змінює геометричні властивості простору навколо себе та впливає на темп течії часу. Нехай – час, вимірюваний спостерігачем на поверхні (власний), а – час між тими ж подіями, вимірюваний спостерігачем на (координатний). Тоді

(7.42)

При , тобто координатний час уповільнюється. Якщо:

то на фіксується:

і при . Для віддаленого спостерігача зірка ніколи не досягне R. Цей процес називається гравітаційним уповільненням часу та гравітаційним червоним зміщенням. Зірка проявляє себе тепер тільки гравітаційним полем, моментом імпульсу та електричним зарядом.

Але власний час – конечна величина. Стискання зірки протікає практично з швидкістю вільного падіння. Якщо , то час стискання обчислюється по (6.3). Від початку стискання з відстані до складає кілька секунд при початковій (ізотермічне вироджене ядро). При цьому швидкість збільшується до , і перехід сфери Шварцшильда практично миттєвий. Якщо в момент фіксований зовнішній шар зірки, що стискається, знаходиться на відстані від центра, то потім для безконечно віддаленого спостерігача:

(7.43)

Відстань досягається при . Для (7.43) . Залежність світності від часу:

(7.44)

При () для зовнішнього спостерігача, тобто зірка згасає в нескінченному майбутньому: зникає фотонне та нейтринне випромінювання, магнітне поле.

Чорні дірки випаровуються, тобто народжують частинки й випускають їх (ефект Хокінга). В сильних гравітаційному та змінному електричному полях відбувається перетворення віртуальних частинок вакууму в матеріальні. Швидкості всіх процесів у зірки, що стискається, зменшується вдвічі за час:

Таке уповільнення триває вічно. З точки зору всіх процесів, за винятком квантового народження частинок, зірку можна вважати застиглою через інтервал в декілька . Змінне гравітаційне поле всередині застигаючої зірки перетворює частинки в матеріальні, причому тільки тієї частоти, яка відповідає характерному часові зміни гравітаційного поля всередині зірки, що стискається (). В полі застигаючої зірки народжуються фотони з частотою:

а також нейтрино, гравітони, тощо. Чорна дірка з масою випромінює частинки як абсолютно чорне тіло з температурою:

(7.45)

Повна потужність електромагнітного випромінювання ЧД:

Ефекти народження частинок при дуже малі, оскільки ЧД великих мас мають низьку температуру ().

Набагато ефективніше випромінюють чорні дірки малих мас, які могли утворюватись на самому ранньому етапі розширення Всесвіту. Такі ЧД мають велику згідно з (7.45). При , чорні дірки можуть народжувати електронно-позитронні пари. Випромінюючи частинки, чорна дірка втрачає масу й зменшується. Водночас цей процес прискорюється, а останні 10⁹ г зірка випромінює за 0,1 с. Однак ще не з'ясовано, повністю випаровується чорна дірка, чи ні.

Невідомо також, триває стискання за сферою Шварцшильда за межу аж до сингулярності, чи воно на цьому зупиняється.

Рух тіл в полі тяжіння чорної дірки відрізняється від ньютонівського. На відстані . Нестійкість кругової орбіти настає вже при .Якщо , а траєкторія тіла проходить поблизу , то воно зробить багато обертів навколо зірки, поки не полетить в простір. При орбіта необмежено навивається на коло навколо зірки, й відбувається гравітаційне захоплення. Якщо , то тіло після декількох обертів упаде в дірку.

Поле тяжіння ЧД викривляє траєкторію променів світла й релятивістських частинок. Всі вони, маючи прицільний параметр

захоплюються діркою. Критичною в орбіта . Чорна дірка, що обертається, називається діркою Керра. Максимальний момент імпульсу, що визначає вихрове гравітаційне поле:

Сфера Шварцшильда начебто розшаровується: поверхня, на якій сила тяжіння для нерухомого тіла стає безконечною, приймає форму еліпсоїда з напіввісями та . Радіус обрію подій істотно зменшується, й при

k =k_max:

Навколо ЧД виникає область, в якій всі частинки та фотони втягуються вихровим гравітаційним полем в обертання. Верхня межа цієї області називається границею статичності. Область між нею та обрієм подій називається ергосферою. В ергосфері тіло може знаходитись, тільки якщо воно рухається, і для нього сила тяжіння - конечна. Тіло навіть може виходити з ергосфери. Повна енергія ЧД:

Повна маса визначається як розмірами дірки (площиною обрію подій S ), так і обертанням:

де І – момент інерції. При вльоті в ергосферу частинки з енергією (вдалині) сильне вихрове гравітаційне поле може викликати розпад частинки на дві й більше. Одна з них може впасти в дірку, а інша – вилетіти з ергоефери з швидкістю більшою від швидкості вльоту. Тобто, повна енергія . Подібне явище відбувається й з електромагнітним випромінюванням (суперрадіація). Величина не зміниться ні за яких процесів, окрім квантового випаровування Хокінга. Частинки, що впали за обрій подій, збільшують енергію ЧД. Дві чорні дірки можуть злитися в одну, причому , a oт розділитися на декілька частин з меншими поверхнями чорна дірка не може. В ергосфері вакуум нестійкий, тому там теж активно йде ефект Хокінга, причому частина частинок викидається з ергосфери на безконечність.

Виявити ЧД можна лише в подвійній системі, де внаслідок акреції вона є сильним рентгенівським випромінювачем. Безпосереднє відкриття чорних дірок поки що не відбулося, але факт їх існування не викликає сумнівів щонайменш на 90-95 %. Можна стверджувати, що концепція чорних дірок рятує астрофізику високих енергій, тому що ніякого іншого пояснення феномену масивних рентгенівських зірок (Лебідь X - І, Геркулес X - І тощо) сучасна наука не дає.

Більш того, виявлені на космологічних відстанях (у мільярди світлових років) надпотужні випромінювачі - квазари також не знаходять ніякого переконливого пояснення, якщо уникнути моделі ЧД. Цілком можливо, що в центрах ядер квазарів та галактик знаходяться надмасивні чорні дірки з , в полях тяжіння яких протікають грандіозні процеси, пов'язані з активністю ядер галактик та квазарів.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

З дисципліни Астрофізика

Дніпродзержинський державний технічний університет... КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З дисципліни Астрофізика...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Чорні дірки.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

З дисципліни Астрофізика
Для студентів спеціальності 6.070102 (фізика твердого тіла) Затверджено редакційно-видавничою секцією науково-методичної ради ДДТУ протоко

Астрофізика як наука та предмет її досліджень
Астрофізика вивчає будову, фізичні властивості космічних об’єктів та явища, що відбуваються у світовому просторі. Предметом досліджень астрофізики є область Всесвіту

Видима зоряна величина.
Астрофотометрія досліджує блиск небесних світил, тобто освітленість Е – світловий потік, що падає на одиницю поверхні, нормальної до променів. Інтенсивність I = E

В загальному випадку
(1.6) Звідки слідує формула Погсона:

Показник кольору
Різниця блиску зірки в різних ділянках спектра називається показником кольору:

Світність та абсолютна зоряна величина. Модуль відстані
Абсолютна зоряна величина характеризує світність зірки і являє собою видиму величину, яку мала б зірка на відстані 10 парсек. Один парсек – відстань, з якої радіус земної орбіти вид

Річний паралакс та визначення відстані близьких зірок
Річний паралакс p - це кут, під яким з зірки S (рис.1.2) видно радіус земної орбіти a.

Для теплового випромінювання
Iט ~при hν>>КT (1.14) Частковим випадком теплового випром

Болометрична величина зірки
В (1.9) входить болометрична зоряна величина, яка враховує випромінювання зірки у всьому спектральному діапазоні: mв = mv+

Потенціали збудження та іонізації атомів
Розглянемо основні закономірності поведінки газів у зоряних атмосферах та міжзоряному газові поблизу гарячих зірок, випромінювання яких іонізує оточуючий їх газ. Основною речовиною

Спектральні серії та рекомбінаційні радіолінії
Перші лінії спектральних серій називаються резонансними й позначаються Lα (Лайман-альфа, 2

Часові масштаби релаксаційних процесів
За час релаксації параметр системи зменшується у е=2,72 рази, тобто система наближається до рівноважного стану. Релаксаційними є процеси рекомбінації та переходів з вищих рів

Заборонені лінії
Це лінії, заборонені правилами вибору. Оскільки спін протона , то повний момент атома

Розподіли Больцмана та Максвелла
В класичній фізиці розподіл частинок ідеального газу по енергетичним рівням в умовах термодинамічної рівноваги описується функцією Больцмана:

Ефект Доплера
Ефект Доплера має виключно важливе значення в астрофізиці, тому що дозволяє по зміщенню та уширенню ліній визначати променеві швидкості об’єктів, швидкості руху газових хмар, рукаві

Рівняння переносу
Первісні γ-кванти, що виникають при ядерних реакціях в надрах зірок ( λ~ 0,001Å,

Коефіцієнт поглинання
При тепловому випромінюванні (поглинанні) відбуваються такі переходи електрона: 1) зв’язано-зв’язані; 2) зв’язано-вільні; 3) вільно-вільні. При першому з них (ν

Бальмерівський стрибок
По відомому α при даній Теф можна обчислити інтенсивність випромінювання, що виходить на поверхню зірки. Максимальним α стає за межею

Матеріальна єдність світу
Вивчення спектральних ліній зоряних атмосфер дозволяє оцінити загальну кількість поглинаючих атомів даного елемента, що знаходиться в певному енергетичному стані і межах визначеного

Спектральна класифікація зірок та її фізичні основи
Спектр випромінювання зірок – суцільний, з темними лініями поглинання (в зоряних атмосферах) та іноді – з яскравими емісійними лініями, що виникають у верхніх шарах зірок. Вид спект

Ефекти обертання та турбулентності
Розбіжність в спектрах зірок одного класу пов'язана також з різними швидкостями їх обертання навколо осі, а також з міцними турбулентними рухами в зоряних атмосферах. За рахунок ефе

Загальна характеристика нетеплового випромінювання
Нетеплове випромінювання генерується в нерівноважних умовах, коли розподіл електронів по швидкостям не є максвеловським. Спостереженнями в радіодіапазоні встановлено, що значна част

Синхротронне випромінювання
Нетеплове випромінювання, що генерується релятивістськими зарядженими частинками в зовнішніх магнітних полях, знайдене в синхротронах і тому назване синхротронним. Електрон рухаєтьс

Комптонівське розсіювання електромагнітних хвиль на релятивістських електронах
Нехай між джерелом, випромінюючим з частотою ν0, та спостерігачем знаходиться хмара релятивістських електронів з енергією Е . Зіткнувшись з таким елект

Розсіювання плазмових хвиль на релятивістських електронах
В умовах космосу в плазмі можливі повздовжні та поперечні плазмові хвилі. Заряд в плазмі нейтралізується зарядами протилежного знаку за межами сфери радіуса D (дебаївський ра

Загальні відомості про Сонце. Будова атмосфери.
Сонце – жовтий карлик класу G2: Rʘ = 6,96·105км, mʘ – 1,99·І030 кг,

Прояви сонячної активності, що спостерігаються
Фотосфера виглядає як кипляча поверхня із світлих гранул на темному фоні, діаметром ~700 км з температурою, більшою на 400 К від темних проміжків. Гранули – не виверження газів дого

Радіо – та рентгенівське Сонце
В цих діапазонах Сонце – слабке джерело. Є чимало об'єктів (радіопульсари, залишки вибухів зірок, радіогалактики, релятивістські зірки тощо), які в них мають ту ж потужність, незва

Гідростатична рівновага Сонця
В газовій кулі масою m радіусом R виділимо на відстані r1 від центра стовпчик газу висотою

Динаміка зовнішніх шарів Сонця
Визначимо умову, при якій порушується променева рівновага й виникає конвекція. Нехай конвективний елемент газу в нижній фотосфері був адіабатно зміщений догори на

Умова стійкості гідростатичної рівноваги. Негативна теплоємність зірок
Гідростатична рівновага (6.5), осереднена для зірки в цілому . При

Причини сонячної активності. Магнітні поля плям
Плями виникають через конвекцію в зовнішніх шарах. Загальне магнітне поле пронизує н

Теорія сонячних спалахів
Кількісно ця теорія ще не розроблена внаслідок великої складності процесів, що протік

Утворення протуберанців
Протуберанці – це утворені потоками газу викиди речовини з підвищеною густиною й пониженою температурою, що виходять в корону. Спокійний протуберанець (h = 15–100 тис. км,

Джерела енергії Сонця
Джерелами енергії Сонця та зірок можуть бути гравітаційне стискання (див. розділ 6.6) та термоядерні реакції. Гравітаційна потенційна енергія:

Діаграма колір – світність.
Незалежно Е. Герцшпрунг та Г.Реесел на початку XX ст. встановили емпіричну залежність між світністю зірок та їх кольором (спектральним класом). На діаграмі К–С зірки у

Залежність маса-світність
Маса – найважливіша, але й найскладніша для визначення характеристика зірки. Надійного засобу визначення маси одиноких зірок взагалі не існує. Однак чимало зірок є подвійними, тобто

Розв’язування
1)Використовуємо(1.11): ; 2)

Політропні моделі зірок.
Маса тонкого сферичного шару товщиною :

Умова променевої рівноваги. Основні рівняння теорії будови зірок.
При виведенні (7.11) не враховане неперервне енерговиділення. При заданих , R,

Моделі зірок
Розрахунок моделей зводиться до розв’язування основних рівнянь попереднього розділу з використанням таблиць

Синтез хімічних елементів в надрах зірок
В ядрах гігантів водню вже нема, а с

Модель білих карликів
Перший з білих карликів було відкрито в подвійній системі Сіріуса (Bеликого Пса): нав

Еволюція зірок
Зірки утворюються шляхом гравітаційної конденсації в газопилових комплексах (зони НІ з

Пульсуючі фізично змінні зірки.
Це зірки, що виконують коливання за рахунок енергії, що вивільняється в надрах, причому промениста енергія переходить в механічну. Овновні типи: 1. Довгоперіодичні цефеїди

Вибухи наднових зірок.
На пізніх стадіях еволюції масивні зірки вибухають, і їх світність збільшується неймовірно. Зірка, зовсім невидима на фото до спалаху, раптово з'являється. Тому їх і нарекли досить

Пульсари. Нейтронні зірки.
В 1967р. відкриті джерела короткоперіодичного радіовипромінювання, названі пульсарами (

ЛІТЕРАТУРА
1. Д.Я.Мартынов. Курс общей астрофизики. - М.: Наука, 1971. - 616с. 2. Физика космоса. Под ред.Р.А.Сюняева. - М.:Сов.энциклопедия, 1986. - 783 с. 3. И.В.Савельев. Курс общей физик